Innowacje w dziedzinie laserów rzucają nowe światło na rozwój sektora wyświetlaczy elektronicznych
Lasery femtosekundowe emitują bardzo krótkie impulsy światła o długości jednej biliardowej części sekundy. Jednym z najważniejszych obszarów zastosowań tej technologii jest mikroobróbka, czyli wytwarzanie struktur w skali mikrometrów. „Wyjątkowo krótki czas trwania impulsu połączony z wysoką intensywnością pozwala na czystą i precyzyjną modyfikację materiałów”, wyjaśnia Roberto Osellame, koordynator projektu DISPLAYGHT z ramienia Krajowej Rady Badań Naukowych (CNR) we Włoszech. Kolejnym ważnym czynnikiem jest możliwość modyfikacji przezroczystych materiałów, takich jak szkło czy kryształ, w trzech wymiarach. Lasery femtosekundowe są wykorzystywane między innymi do tworzenia układów fotonicznych – kanałów o skali pojedynczych mikrometrów, które pozwalają na prowadzenie światła wewnątrz szkła. Układy te mogą być stosowane w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych (LCD) znanych z telewizorów, monitorów i innych urządzeń elektronicznych wyposażonych w ekrany. Oczywiście, zastosowanie tej technologii nastręcza wielu trudności. Trzeba wziąć pod uwagę, że typowy wyświetlacz może składać się z milionów pikseli, które wymagają możliwie równomiernego rozprowadzenia światła”, twierdzi Osellame. „To stanowi ogromne wyzwanie, gdyż złożone obwody fotoniczne muszą być wytwarzane z olbrzymią precyzją”.
Projektowanie obwodów 3D
Osellame poznał Jonasa Zeunera i Chiarę Greganti – współzałożycieli start-upu VitreaLab w czasie realizacji projektu badawczego poświęconego technologiom kwantowym. Już jako doktoranci badacze zwrócili uwagę na fakt, że zbudowane przy użyciu współczesnych technologii wyświetlacze kierują zaledwie 5 % generowanej mocy światła w stronę widza. Z tego powodu zaproponowali rozwiązanie oparte na wykorzystaniu obwodów fotonicznych w celu skierowania całego światła do właściwych punktów – pikseli, czego rezultatem miało być ograniczenie strat energii. „Moja technologia oparta na mikroobróbce laserem femtosekundowym wydawała się być idealnym rozwiązaniem tego problemu”, zauważa Osellame. „To był początek projektu DISPLAYGHT”. W ramach projektu DISPLAYGHT zespół skupił się na zademonstrowaniu wykonalności wytwarzania tych wysoce złożonych struktur obwodów, a także automatyzacji tego procesu w najwyższym możliwym stopniu, aby w ten sposób osiągnąć maksymalną wydajność. Te postępy umożliwiły zespołowi zbudowanie złożonych obwodów fotonicznych zdolnych do dystrybucji czerwonego, niebieskiego i zielonego światła laserowego do pikseli wyświetlacza. Światło to jest niewidzialne tak długo, jak długo pozostaje w obwodzie fotonicznym. Dzięki możliwości wykorzystania technologii do produkcji trójwymiarowych struktur, obwód może zostać poprowadzony w taki sposób, by w miejscu danego piksela światło zostało skierowane w kierunku widza. Zespół projektowy zaprezentował prototyp wyświetlacza obejmującego 27 000 subpikseli we wszystkich trzech kolorach podstawowych, co pomogło rozwiać kluczowe obawy inwestorów dotyczące możliwości skalowania tej technologii. „Rezultaty naszych prac pozwoliły nam również znacząco poszerzyć nasze portfolio patentów, co również powinno przyczynić się do zwiększenia zainteresowania ze strony inwestorów”, dodaje Zeuner.
Zainteresowanie ze strony przemysłu
Sukces tego finansowanego ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych projektu przyczynił się do rozwoju firmy VitreaLab, która dysponuje obecnie niezależnym laboratorium zajmującym się rozwojem kilku obszarów zastosowań nowej technologii. Ponadto badaczom udało się uzyskać dostęp do znaczącego finansowania, a także nawiązać relacje z potencjalnymi klientami. „Dostrzegamy bardzo duże zainteresowanie ze strony przemysłu”, twierdzi Zeuner. „Na początku projektu celem, do którego dążyliśmy, było wykorzystanie obrabianego laserowo szkła w celu podświetlania wyświetlaczy ciekłokrystalicznych, jednak w czasie jego realizacji odkryliśmy inne możliwości zastosowania tej technologii, w tym wyświetlacze 3D i gogle rzeczywistości rozszerzonej”. Zespół zajmuje się obecnie wysyłką prototypów do potencjalnych partnerów, których informacje zwrotne pomagają w kształtowaniu przyszłych priorytetów. Zanim technologia będzie mogła trafić na rynek, konieczne są jednak dalsze prace. „Dalszego rozwoju będzie wymagać w szczególności przejście na produkcję przy pomocy laserów wielowiązkowych, co przyczyni się do obniżenia jej kosztów”, zauważa Osellame.
Słowa kluczowe
DISPLAYGHT, lasery, mikroobróbka, elektronika, ciekłokrystaliczny, piksele, fotoniczny, obwody
